虹科分享 | 迷你锗基短波红外相机

在只考虑大气分子吸收时，大气在近红外（780~1000nm）短波红外（1.0~2.5μm）、中波红外（3~5μm）和长波红外（8～14μm）有4个大气红外“透射窗口”。

短波红外波段与中波和长波相比，波长较短，细节分辨力更好，有利于生成对比度较强的高分辨率图像，其成像效果更接近于可见光图像。

超过750 nm的波长是人眼看不到的，CCD或CMOS相机只能探测到最高约1050 nm的光。而900nm至 2500 nm波长范围的光线构成某些应用独有的光学特征，因此，SWIR相机的应用领域可以有更多拓展：例如激光分析，探测植物内部的水积聚情况，半导体行业硅产品内部的缺陷，塑料分拣，需要红外光谱的荧光应用，天文、遥感应用，透过烟雾成像，自动驾驶，国防军事、夜视等等。短波红外探测器与短波红外相机应需而生并经过了长久的发展。

目前，InGaAs探测器凭借其优异性能成为 SWIR探测器的首选，但是其各项性能已经接近极限，在进一步缩小像素间距、提高分辨率、扩大阵列规格方面遇到瓶颈，且面临可见光波段灵敏度低，成本高昂导致民用领域应用受限等问题，亟需创新的短波红外探测器工艺将这一应用门槛降下来。

虹科提供的beyonsense相机新品是世界上第一款基于锗的可用智能手机无线连接的短波红外相机。为短波红外探测器带来了全新的工艺：采用获得专利的选择性外延锗Ge生长技术与成熟的 Si基 CMOS读出电路技术相结合；同时采用双用双芯片封装 (传感器与 ROIC)技术，相比于目前成熟的单片集成技术方案具有更强的制造灵活性。

这款相机实现了28mm超薄的小巧尺寸，此外，相机采用现代化的简单方便的无线连接的方式，个人手机、平板、电脑直接WIFI连接即可控制相机拍摄和储存，真正意义上将900nm-1700nm短波红外成像技术送到人们手掌之中。

以低成本的 Ge材料代替传统的 InGaAs，实现比传统短波红外相机轻巧5倍；省电10倍；成本降低10倍。这将可以把以往少数科研、工业产线实验室、国防等受限应用主体拓展到广大普通群众。人们将享受短波红外技术给生活带来的不一样的体验与便利，由此可开发更多短波红外应用并从中受益。我们使用的锗基短波红外技术最终目标是可以把低成本短波红外传感器件集成到汽车辅助驾驶/自动驾驶系统、手机摄像头里。让普通大众也可享受短波红外技术给生活质量带来的改善。

比如雨天雾天驾驶汽车会有较大交通安全隐患，而短波红外可以透过雨雾成像，让人在恶劣天气下驾驶更加安全，同时也可辅助自动驾驶汽车中激光雷达系统、路况成像系统，为自动驾驶技术提供额外的红外视觉。又比如人们到某一旅游地点想拍摄清晰的高楼、远山等景点图片，却遭遇雨雾导致难以拍摄真实面貌，采用短波红外则可轻松穿透云雾拍摄自己想要的照片创作。相信，在通过将短波红外成本门槛降低后，这一技术将更多地走进普罗大众生活中，并推动短波红外视觉产业的发展。

这款锗基短波红外相机入围了SPIE国际光学和光子学协会-2023年棱镜奖-传感技术类提名（1/3），棱镜奖是年度国际竞赛，旨在鼓励市场上最好的新型光学和光子学产品，以及在光学，光子学与成像科学领域中具有创新突破，并通过光学技术解决现存问题，改善现有技术，并提升生活质量的新发明与新产品，素有光学界的“奥斯卡”之称，即将在2023年2月1日公布最终获奖者，敬请期待。

审核编辑黄宇